Wanneer ioniserende straling door levend weefsel gaat, het interageert met moleculen die in de cellen aanwezig zijn, het strippen van elektronen en het produceren van geladen soorten die bekend staan ​​​​als ionen. Ioniserende straling die wordt gebruikt voor de behandeling van kanker omvat gammastraling, Röntgenstralen en energetische deeltjes zoals alfa- en bètastralen.

De elektronen die door dit proces worden geproduceerd, bekend als secundaire elektronen, kunnen zelf verder gaan met het aanrichten van verdere schade, nog meer dramatische veranderingen veroorzaken. Deze week in de Tijdschrift voor Chemische Fysica , een groep onderzoekers rapporteert studies over de impact van secundaire elektronen op een DNA-model.

De metingen zijn uitgevoerd in een gecondenseerde fase-omgeving. Vergeleken met experimenten met geïsoleerde elektronenmoleculen, de metingen in de gecondenseerde fase worden uitgevoerd onder omstandigheden die dichter bij die in levend weefsel liggen. De resultaten zullen worden gebruikt om de schade en de stralingsdosis nauwkeurig te berekenen die wordt toegediend aan patiënten bij radiotherapie, wanneer kankercellen worden gebombardeerd met ioniserende straling.

Secundaire elektronen zijn de belangrijkste soorten die worden gecreëerd door ioniserende straling in levend weefsel. Deze "lage energie elektronen, " of LEE's, interactie met biologische moleculen, soms breken ze in fragmenten. Een van de aangetaste moleculen is deoxyribonucleïnezuur, of DNA, het molecuul dat de genetische code draagt. De lange, kettingachtig DNA-molecuul bestaat uit een ladder van basenparen die met elkaar zijn verbonden via een deoxyribosefosfaatgroep.

De precieze manier waarop LEE's interageren met delen van het DNA-molecuul, de basen zelf of de fosfaatruggengraat, nog steeds niet precies begrepen, hoewel LEE's voldoende energie hebben om DNA-strengbreuken te initiëren. Dit kan de celfunctie beïnvloeden, leidend tot mutaties en zelfs celdood. In het verslag van deze week de onderzoekers gebruikten een modelmolecuul dat bekend staat als dimethylfosfaat, of DMP, om de interactie van LEE's met de fosfaatruggengraat van DNA te bestuderen.

Nieuwe bestralingsbehandelingsmethoden, momenteel in ontwikkeling, kan de straling precies richten op specifieke kankercellen of zelfs specifieke locaties in die cellen. Deze methode, bekend als gerichte radionuclidetherapie, of TRT, omvat het gebruik van moleculen gelabeld met radioactieve atomen die worden geïnjecteerd in patiënten en gelokaliseerd in kankercellen. Eenmaal op zijn plaats, de radioactieve moleculen produceren ioniserende straling in of nabij kankercellen. Deze straling gaat vervolgens door met het genereren van gelokaliseerde LEE's.

Een belangrijk onderdeel van de TRT-methode omvat computersimulaties die worden gebruikt om de interacties van LEE's met biologisch materiaal en de hoeveelheid straling die door de beoogde biomoleculen of cellen wordt geabsorbeerd, te voorspellen. Een van de belangrijkste parameters in deze simulatiemodellen zijn absolute doorsneden, die de waarschijnlijkheid van interactie tussen een enkele LEE en een doelmolecuul geven. Het hier gerapporteerde werk vertegenwoordigt de eerste directe meting van absolute doorsneden voor de fosfaateenheid in DNA, waarden die nodig zijn om door LEE's geïnduceerde strengbreuken te berekenen.

Het DNA dat aanwezig is in een levend systeem is omgeven door water en andere soorten moleculen, dus het bestuderen van deze processen in een meer realistische omgeving is bijzonder wenselijk. Bij toekomstig werk, het DNA wordt ingebed in water en moleculaire zuurstof, waarvan bekend is dat ze cellen gevoelig maken voor radiotherapie.